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半导体制造等离子体工艺射频电源动态阻抗测试方法

1范围

本文件规定了半导体制造等离子体工艺射频电源动态阻抗测试方法的术语和定义、原理、测试环境条件、仪器设备、测试方法、测试报告等技术内容。

本文件适用于半导体刻蚀、薄膜沉积等应用场合中，输出频率0.2MHz~100MHz的半导体等离子

体工艺射频电源动态阻抗测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB4793.1—2007测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求GB/T11313.201射频连接器第201部分：电气试验方法反射系数和电压驻波比

SEMIE113半导体加工设备射频功率传输系统规范

SEMIE115确定半导体处理设备射频功率传输系统中使用的匹配网络的负载阻抗和效率的测试方法

SEMIE143测量50Ω负载的功率和变化以及任何相位角VSWR为2.0负载的功率变化和频谱的测

试方法

3术语和定义

GB/T11313.201、SEMIE113、SEMIE115和SEMIE143界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

负载牵引load-pull

通过不断调节输入和输出端阻抗，找到有源器件输出功率最大的输入、输出匹配阻抗的测量技术。

3.2

史密斯圆图Smithchart

在反射系数平面上标绘归一化输入阻抗或导纳等值圆族的计算图。

3.3

数据拟合datafitting

现有数据透过数学方法代入数式的表示方式，通过采样、实验等方法获得若干离散数据，根据数据得连续函数或更加密集的离散方程与已知数据相吻合的过程。

3.4

自动匹配automatch

薄膜沉积、刻蚀等工艺过程中等离子体阻抗变化，通过阻抗匹配器实现整体传输电路共轭阻抗匹配，使得入射功率始终达到最大、反射功率达到最小的过程。

4原理

功率是影响等离子体的阻抗的条件之一，射频电源功放输出的瞬时功率由等离子体阻抗的变化来决定。两者的变化相互作用，利用本测试方法量化该作用的程度，获得射频电源的动态阻抗值。

5测试环境条件

测试环境条件要求如下：

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a)环境温度控制在20℃~30℃;

b)相对湿度控制在40%～70%;

c)水冷系统温度控制在45℃内。

6仪器设备

6.1通用要求

测试仪器设备包括网络分析仪、射频功率测量仪器、负载牵引系统以及50Ω水冷负载。6.2网络分析仪

网络分析仪的最大频率应大于100MHz。

6.3射频功率测量仪

射频功率测量仪的测量精度不应大于3%。

7测试方法

7.1射频电源工作状态

测试用射频电源应由闭环控制模式配置为开环控制模式，应使调节器后端断开。图1给出了射频电源开环控制示意。

功率放大电路

功率放大电路→射频输出

耦合器

功率放大电路

+

开关电源

射频驱动一

图1射频电源开环控制示意图

待测试射频电源输出频率可调，调节范围为12.882MHz到14.238MHz,后续负载牵引系统、网络分析仪、射频功率测量仪等设备均应以该频率范围设置。

注：测试用射频电源应符合下列规定：

a)功率稳定度不应大于1%;

b)频率精度不应大于0.005%。

7.2测试负载工作状态

使用负载牵引系统加上50Q水冷负载方案可调节不同阻抗，用于模拟等离子体环境，如图2方框内

所示。

射频电源

射频电源射频功率测量仪

网络分析仪

负载设备

50欧姆水冷负载

负载牵引系统

功率输出

注：虚线箭头与实线表示射频电源和网络分析仪不应同时连接负载设备。

图2负载设备设置示意图

负载设备应配置VSWR为5:1以内的不同阻抗。测试用负载牵引系统通过改变串联电容或并联电容的位置，从而达到改变负载设置阻抗的目的。图3列举了在不同VSWR下，本测试所需不同阻抗的分布。

不同VSWR下的阻抗点数量如下：

3

a)驻波比VSWR5:1的阻抗点有36个；

b)驻波比VSWR4:1的阻抗点有30个；

c)驻波比VSWR3:1的阻抗点有24个；

d)驻波比VSWR2:1的阻抗点有18个；

e)驻波比VSWR1.5:1的阻抗点有12个；

f)驻波比VSWR1.1:1的阻抗点有6个；

g)包含Zo=50+j0。

图3史密斯圆图中VSWR为5:1以内的阻抗分布示意图

7.3测量步骤

7.3.1测量阻抗点数据

7.3.